EP0192166B1 - Verfahren zur Regelung oder Steuerung des Flusses einer zähen Flüssigkeit, die von einer Maschine selbstätig als Naht aufgetragen wird - Google Patents
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- EP0192166B1 EP0192166B1 EP86101719A EP86101719A EP0192166B1 EP 0192166 B1 EP0192166 B1 EP 0192166B1 EP 86101719 A EP86101719 A EP 86101719A EP 86101719 A EP86101719 A EP 86101719A EP 0192166 B1 EP0192166 B1 EP 0192166B1
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- G05D7/0623—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the set value given to the control element
Definitions
- the present invention relates to a method for regulating or controlling the flow of a viscous liquid according to the preamble of claim 1.
- the viscous liquid can be, for example, an adhesive, a sealing compound or a plastic compound.
- a concrete example is the application of an adhesive carried out by a controlled robot along a specific path on a workpiece. This process occurs, for example, in the automotive industry when an adhesive or a sealant is applied to the inside of the outer panel of car doors, to which the inner panel is then applied the door is glued on.
- a problem with this technique is to ensure that the applied seam is actually the desired thickness, that is, a desired amount of the viscous liquid is applied per unit length of the web.
- the amount sprayed or applied per unit of time is called flow.
- the flow emerging from the applicator must therefore be in a certain ratio to that within of the robot's path speed, which changes frequently during a work cycle.
- the invention has for its object to develop a method of the type mentioned, in which the liquid flow emerging from the application device is independent of the viscosity of the liquid and the state of wear of the nozzle of the application device and in which with a change in the web speed or per unit length the amount of liquid to be applied to the web responds very quickly to the application device.
- the figure shows the basic structure of an arrangement which works according to the method according to the invention.
- an application device for example a spray gun
- the robot guides the application device 3 at a certain speed along a path close to the surface of a workpiece 2 on which an adhesive seam is to be applied.
- the application device 3 is connected via a flexible hose 4 to a cylinder 7, in which there is hot or cold adhesive, which is filled in at the beginning of a working cycle via a line 15 and a valve 13 by means of a pump 14.
- a piston 9 is arranged, the drive 10 is designed so that it moves the piston against the adhesive with an adjustable constant pressure.
- the path traversed by the robot is divided into individual path sections, which path sections can be straight or curved sections.
- the time to pass through a section of a path is called a cycle.
- Running through the entire path represents a work cycle.
- a change of direction often takes place at the ends of the path sections.
- the robot usually travels the path at its maximum possible speed. This is generally smaller for curved path sections than for straight ones.
- the application device has a nozzle opening, the average cross section of which can be changed by means of an adjusting device (not shown).
- This adjustment option serves as an actuator for regulating the flow of liquid.
- the adjustment takes place, for example, by rotating or translationally displacing a piston rod, and by measuring the position of this piston rod, a value is obtained for the size of the nozzle opening, which is used as the actual value f i for the flow. In the figure, this measuring element is only indicated symbolically at point 31.
- a comparator 32 the actual flow value f i is compared with a desired flow value f s and the control deviation ⁇ f acts on a controller 33, which controls an adjusting element present in the application device, which is symbolically indicated by 34.
- the setpoint f s for the flow is composed of a basic setpoint f sg and a correction setpoint K, which is added algebraically to the basic setpoint in the summation element 18.
- the basic setpoint is based on a specific viscosity of the liquid and a specific relationship between the nozzle opening and the actuator 34 for the nozzle opening of the application device.
- the correction setpoint K detects and compensates for changes in viscosity and changes in the nozzle opening due to wear, given the position of the actuator.
- the partial paths x i which the piston 9 travels in the cylinder 5 during the passage of the individual cycles of a working cycle of the robot, are measured by means of a symbolically represented displacement meter 16.
- These values x i are subtracted in a summing element 19 from corresponding target values for the amount of viscous liquid to be applied per cycle.
- These setpoints come from a setpoint generator 20, which is symbolically indicated in the figure for a work cycle consisting of n cycles.
- the difference values x s - x i for the individual cycles form the correction values for the setpoint. They are stored in a memory 21 during the work cycle currently being carried out.
- the correction setpoints obtained in the previous work cycle are added algebraically to the basic setpoint f sg .
- This basic setpoint can also have different values for the individual cycles of the work cycle, which is the case, for example, if the web speed changes during the transition from one cycle to the next cycle, but the seam thickness to be applied is to remain constant.
- the pressure exerted on the piston 9 by the drive arrangement 10 can be increased.
- the signal ⁇ f is expediently acted on the drive 10 of the piston via the signal line 36 via a threshold value element (not shown).
- an adjustment of the nozzle opening is also necessary, for example, if the thickness of the seam is to be changed during the transition from one web section (cycle) to the next web section.
- the time available for this adjustment is extremely short since the robot's dwell status during this transition is very short. For example, it is about 20 ms.
- the adjustment of the nozzle opening can be carried out by means of an electric drive which is operated with clocked direct current, with an overvoltage being used for a short time.
- the method according to the invention is also useful if the liquid flow is not regulated, but only controlled, that is, the actual value f i is not recorded.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung oder Steuerung des Flusses einer zähen Flüssigkeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- In der Industrie werden Automaten, insbesondere Roboter unter anderem dafür eingesetzt, auf vorgegebenen Bahnen selbstätig eine Naht aus einer zähen Flüssigkeit aufzutragen. Bei der zähen Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um einen Kleber, eine Dichtungsmasse oder eine Kunststoffmasse handeln. Ein konkretes Beispiel stellt das von einem gesteuerten Roboter ausgeführte Auftragen eines Klebers längs einer bestimmten Bahn auf einem Werkstück dar. Dieser Vorgang kommt beispielsweise in der Autoindustrie vor beim Auftragen eines Klebers oder einer Dichtungsmasse auf der Innenseite des Außenbleches von Autotüren, auf die anschließend das Innenblech der Tür aufgeklebt wird.
- Ein Problem bei dieser Technik besteht darin, sicherzustellen, daß die aufgetragene Naht tatsächlich die gewünschte Dicke hat, d.h. pro Längeneinheit der Bahn eine gewünschte Menge der zähen Flüssigkeit aufgetragen wird. Die pro Zeiteinheit ausgespritzte oder aufgetragene Menge wird Fluß genannt. Der aus der Auftragevorrichtung austretende Fluß muß also in einem bestimmten Verhältnis zu der sich innerhalb eines Arbeitszyklus häufig ändernden Bahngeschwindigkeit des Roboters stehen.
- Zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens ist es bekannt, die vom Roboterarm geführte Auftragevorrichtung über einen flexiblen Schlauch mit der zähen Flüssigkeit zu versorgen, wobei der Schlauch an einen mit der zähen Flüssigkeit gefüllten Zylinder angeschlossen ist, dessen Kolben mit konstanter Kraft die Flüssigkeit aus dem Zylinder herausdrückt. Durch Einstellung dieser Kraft kann der Flüssigkeitsfluß verändert werden. Bei diesem bekannten Verfahren kann der Flüssigkeitsfluß jedoch infolge unterschiedlicher Viskosität, die sich mit der Temperatur ändert, sowie durch Verschleiß an der Düsenöffnung der Auftragevorrichtung von dem gewünschten Wert abweichen.
- Ferner ist es bereits bekannt, zur Einstellung der Dicke der Flüssigkeitsnaht den Antrieb des Kolbens in dem vorgenannten Zylinder so auszubilden, daß der Kolben unabhängig vom zu überwindenden Widerstand mit einer einstellbaren konstanten Geschwindigkeit arbeitet. Die Auftragevorrichtung arbeitet bei diesem Verfahren mit konstanter Düsenöffnung. Eine Kontrolle, ob die aufgetragene Menge pro Zeiteinheit dem gewünschten Wert entspricht, findet nicht statt. Eine Verstellung ist nur durch Veränderung der Geschwindigkeit des Kolbens möglich, und diese Verstellung ist mit einer großen Zeitkonstanten behaftet. Beim Übergang von einem Takt zum nächtsten innerhalb eines Arbeitszyklus wird häufig die Geschwindigkeit und/oder die pro Längeneinheit aufzutragende Menge der zähen Flüssigkeit geändert, so daß in diesen Zeitpunkten der Flüssigkeitsfluß geändert werden muß. Hierbei erweist sich die hohe Viskosität und damit die Trägheit des Klebers als nachteilig. Für den Übergang von einem zum nächsten Bahnabschnitt steht nur eine sehr kurze Zeit zur Verfügung, und innerhalb dieser Zeit muß die erforderliche Flußänderung durchgeführt werden. Außerdem machen sich bei diesem Verfahren die Druckänderungen in der zähen Flüssigkeit störend bemerkbar, und zwar einerseits deshalb, weil die zähe Flüssigkeit eine spürbare Kompressibilität aufweist, und andererseits deshalb, weil die Zuführungsschläuche bei den hohen Betriebsdrücken von 100 bis 200 bar expandieren und bei Druckentlastung sich zusammenziehen. Dadurch entstehen in Form transienter Vorgänge Schwankungen in der pro Längeneinheit aufgetragenen zähen Flüssigkeit. Der letztgenannte Effekt könnte zwar durch Anbringung der Kolben-Zylinderanordnung auf der Roboterhand weitgehend vermindert werden, jedoch würde dann das Gewicht des für schnelle Bewegungen bestimmten Roboterarms erheblich vergrößert werden, was wiederum die Auftragegeschwindigkeit nachteilig beeinflussen würde.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei welchem der aus der Auftragevorrichtung austretende Flüssigkeitsfluß unabhängig von der Viskosität der Flüssigkeit und vom Abnutzungszustand der Düse der Auftragevorrichtung ist und bei welchem bei einer Änderung der Bahngeschwindigkeit oder der pro Längeneinheit der Bahn aufzutragenden Flüssigkeitsmenge die Auftragevorrichtung sehr schnell anspricht.
- Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.
- Anhand des in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figur zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Anordnung, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung arbeitet.
- Mit 6 ist der Arm eines im übrigen nicht dargestellten Roboters bezeichnet, an dessen freies Ende mittels eines Greifwerkzeuges eine Auftragevorrichtung 3, zum Beispiel eine Spritzpistole, eingespannt ist. Der Roboter führt die Auftragevorrichtung 3 mit einer bestimmten Geschwindigkeit längs einer Bahn nahe an der Oberfläche eines Werkstückes 2, auf welcher eine Klebernaht aufgetragen werden soll. Die Auftragevorrichtung 3 ist über einen flexiblen Schlauch 4 an einen Zylinder 7 angeschlossen, in welchem sich heißer oder kalter Kleber befindet, der zu Beginn eines Arbeitszyklus über eine Leitung 15 und ein Ventil 13 mittels einer Pumpe 14, eingefüllt wird. Im Zylinder 7 ist ein Kolben 9 angeordnet, dessen Antrieb 10 so ausgelegt ist, daß er den Kolben mit einem einstellbaren konstanten Druck gegen den Kleber verschiebt.
- Die vom Roboter durchlaufene Bahn ist in einzelne Bahnabschnitte unterteilt, wobei diese Bahnabschnitte gerade oder gekrümmte Abschnitte sein können. Die Zeit zum Durchlaufen eines Bahnabschnittes wird Takt genannt. Das Durchlaufen der gesamten Bahn stellt einen Arbeitszyklus dar. An den Enden der Bahnabschnitte findet häufig eine Richtungsänderung statt. Der Roboter durchfährt die Bahn in der Regel mit seiner maximal möglichen Geschwindigkeit. Diese ist für gekrümmte Bahnabschnitte in der Regel kleiner als für gerade.
- Die Auftragevorrichtung hat eine Düsenöffnung, deren Durchschnittsquerschnitt mittels einer nicht dargestellten Verstellvorrichtung verändert werden kann. Diese Verstellmöglichkeit dient als Stellglied für die Regelung des Flüssigkeitsflusses. Die Verstellung erfolgt beispielsweise durch Drehung oder translatorische Verschiebung einer Kolbenstange, und durch Messung der Stellung dieser Kolbenstange erhält man einen Wert für die Größe der Düsenöffnung, der als Istwert fi für den Fluß verwendet wird. In der Figur ist dieses Meßglied nur symbolisch an der Stelle 31 angedeutet. In einem Vergleichglied 32 wird der Flußistwert fi mit einem Flußsollwert fs verglichen und die Regelabweichung △f beaufschlagt einen Regler 33, der ein in der Auftragevorrichtung vorhandenes Verstellglied, das symbolisch mit 34 angedeutet ist, steuert.
- Der Sollwert fs für den Fluß setzt sich zusammen aus einem Grundsollwert fsg und einem Korrektursollwert K, der im Summierungsglied 18 algebraisch zu dem Grundsollwert addiert wird. Der Grundsollwert geht von einer bestimmten Viskosität der Flüssigkeit und einem bestimmten Zusammenhang zwischen der Düsenöffnung und dem Stellglied 34 für die Düsenöffnung der Auftragevorrichtung aus. Durch den Korrektursollwert K werden Viskositätsänderungen sowie durch Abnutzung bedingte Veränderungen der Düsenöffnung bei gegebener Stellung des Stellgliedes erfaßt und kompensiert. Zu diesem Zweck werden mittels eines symbolisch dargestellten Wegmessers 16 die Teilwege xi gemessen, die der Kolben 9 im Zylinder 5 während des Durchlaufens der einzelnen Takte eines Arbeitszyklus des Roboters zurücklegt. Diese Werte xi werden in einem Summierungsglied 19 von entsprechenden Sollwerten für die pro Takt aufzutragende Menge der zähen Flüssigkeit subtrahiert. Diese Sollwerte kommen von einem Sollwertgeber 20, der in der Figur für einen Arbeitszyklus aus n Takten symbolisch angedeutet ist. Die Differenzwerte xs - xi für die einzelnen Takte bilden die Korrekturwerte für den Sollwert. Sie werden während des gerade in Ausführung begriffenen Arbeitszyklus in einem Speicher 21 gespeichert. Im darauffolgenden Arbeitszyklus werden die im vorangegangenen Arbeitszyklus gewonnenen Korrektursollwerte zu dem Grundsollwert fsg algebraisch addiert. Auch dieser Grundsollwert kann grundsätzlich für die einzelnen Takte des Arbeitszyklus unterschiedliche Werte haben, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn beim Übergang von einem Takt zum nächsten Takt sich die Bahngeschwindigkeit ändert, die aufzutragende Nahtdicke aber konstant bleiben soll.
- Für den Fall, daß das Stellglied 34 an die obere Grenze seines Verstellbereiches stößt (maximale Öffnung der Düse), ohne daß der Flußistwert den Flußsollwert erreicht, kann der von der Antriebsanordnung 10 auf den Kolben 9 ausgeübte Druck erhöht werden. Zu diesem Zweck wird das Signal △f, zweckmäßigerweise über ein nicht dargestelltes Schwellwertglied, über die Signalleitung 36 auf den Antrieb 10 des Kolbens zur Einwirkung gebracht.
- Wie bereits festgestellt wurde, ist eine Verstellung der Düsenöffnung beispielsweise auch dann erforderlich, wenn die Dicke der Naht beim Übergang von einem Bahnabschnitt (Takt) zum nächsten Bahnabschnitt verändert werden soll. Die für diese Verstellung verfügbare Zeit ist außerordentlich gering, da der Verweilzustand des Roboters bei diesem Übergang sehr kurz ist. Sie liegt beispielsweise bei etwa 20 ms. Um die hierfür erforderliche sehr schnelle Verstellung der Düsenöffnung sicher zu stellen, kann die Verstellung der Düsenöffnung mittels eines elektrischen Antriebs erfolgen, der mit getaktetem Gleichstrom betrieben wird, wobei kurzfristig mit einer Überspannung gearbeitet wird.
- Das Verfahren nach der Erfindung ist auch sinnvoll, wenn der Flüssigkeitsfluß nicht geregelt, sondern nur gesteuert wird, also eine Erfassung des Istwertes fi nicht stattfindet.
Claims (3)
- Verfahren zur Regelung oder Steuerung des Flusses einer zähen Flüssigkeit, die während eines Arbeitszyklus von einer von einem Roboter geführten, mit einer Düse versehenen Auftragevorrichtung (3) als Naht (1) auf einen Körper (2) aufgetragen wird, wobei die zähe Flüssigkeit der Auftragevorrichtung aus einem Zylinder (7) fortlaufend zugeführt wird, in welchem ein von einer Antriebsvorrichtung (10) verschiebbarer Kolben (9) einen konstanten Druck auf die Flüssigkeit ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß der ein Maß für die Flußmenge bildende Weg (xi) gemessen wird, den der Kolben (9) in der Zeit zurücklegt, in der der Roboter eine bestimmte Bahnstrecke (n) durchläuft, daß der Meßwert (xi) für den Kolbenweg mit einem Sollwert (xs) für den Kolbenweg verglichen wird und daß der Differenzwert (xs - xi) gespeichert wird und beim Durchlaufen der Bahnstrecke (n) während des folgenden Arbeitszyklus als Korrektursollwert (K) algebraisch zu einem Grundsollwert (fsg) für eine Regelung oder eine Steuerung der Düsenöffnung der Auftragevorrichtung (3) addiert wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung der Düsenöffnung der Auftragevorrichtung (3) durch einen elektrischen Antrieb erfolgt.
- Verfahren nach nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei maximaler Öffnung der Düsenöffnung der Auftragevorrichtung (3) der auf den Kolben (9) der Kolben-Zylinderanordnung (9,7) ausgeübte Druck in Abhängigkeit des Sollwertes oder der Regelabweichung für den Fluß verstellt wird.
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